材料成型工艺基础(第三版) 第3章

图3-4 拉拔 (a)拉拔；(b)拉拔产品截面形状图
3.1.2 机械零件的毛坯及产品生产 1.锻造
锻造是在加压设备及工模具的作用下，使坯料、铸锭 产生局部或全部的塑性变形，以获得具有一定几何尺寸、 形状和质量的锻件的加工方法，按所用的设备和工模具不 同，可分为自由锻造和模型锻造两类。
自由锻造是将加热后的金属坯料，放在上、下砥铁(砧 块)之间，在冲击力或静压力的作用下，使之变形的压力加 工方法，如图3-5(a)所示。
1.单晶体的塑性变形
单晶体是指原子排列方式完全一致的晶体。当单晶体 金属受拉力P作用时，在一定晶面上可分解为垂直于晶面 的正应力σ和平行于晶面的切应力τ，如图3-6所示。在正应 力σ作用下，晶格被拉长，当外力去除后，原子自发回到 平衡位置，变形消失，产生弹性变形。若正应力σ增大到 超过原子间的结合力时，晶体便发生断裂，如图3-7所示。 由此可见，正应力σ只能使晶体产生弹性变形或断裂，而 不能使晶体产生塑性变形。在逐渐增大的切应力τ作用下， 晶体从开始产生弹性变形发展到晶体中的一部分与另一部 分沿着某个特定的晶面相对移动，称为滑移。
模型锻造(简称模锻)是将加热的金属坯料，放在具有 一定形状的锻模模膛内，在冲击力或压力的作用下，使金 属坯料充满模膛而成型的压力加工方法，如图3-5(b)所示。
图3-5 锻造与冲压示意图 (a)自由锻造；(b)模型锻造；(c)冲压
2.冲压
冲压是将金属板料放在冲模之间，使其受冲压力作用 产生分离或变形的压力加工方法。常用冲压工艺有冲裁、 弯曲、拉深、缩口、起伏和翻边等，图3-5(c)所示为拉深 加工。
压力加工在机械、电力、交通、航空、国防等工业部门以 至生活用品的生产中占有重要的地位，如钢桥、压力容器、 石油钻井平台等广泛采用型材；飞机、机车、汽车和工程 机械上各种受力复杂的零件都采用锻件；电器、仪表、机 器表面覆盖物及生活用品中的金属制品，绝大多数都是冲 压件。
Байду номын сангаас
3.1 压力加工成型方法
3.1.1 型材生产方法 1.轧制生产
产生滑移的晶面称为滑移面，当应力消除后，原子到达一 个新的平衡位置，变形被保留下来，形成塑性变形，如图 3-8所示。由此可知，只有在切应力作用下，才能产生滑移， 而滑移是金属塑性变形的主要形式。
图3-6 单晶体拉伸示意图
图3-7 单晶体在正应力作用下的变形 (a)未变形；(b)弹性变形；(c)断裂
压力加工与其他加工方法相比，具有以下特点： (1)改善金属的内部组织，提高金属的力学性能。通过 塑性变形能使金属的内部缺陷(如微裂纹、缩松、气孔等) 得到了压合，使其组织致密，细化晶粒，并形成纤维组织， 大大提高金属的强度和韧性，使金属材料得到了强化。 (2)具有较高的劳动生产率。以制造内六角螺钉为例， 用压力加工成型后再加工螺纹，生产效率可比全部用切削 加工提高约50倍；如果采用多工位次序镦粗，则生产效率 可提高到400倍以上。
图3-2 挤压示意图 (a)正挤压；(b)反挤压
挤压不仅适用于有色金属及其合金，而且适用于碳钢、合 金钢及高合金钢，对于难熔合金，如钨、钼及其合金等脆 性材料也能适用。根据挤压时金属材料是否被加热，挤压 又分为热挤压和冷挤压。
图3-3 挤压产品截面形状图
3.拉拔生产
将金属条料或棒料拉过拉拔的模孔而变形的压力加工 方法称为拉拔，如图3-4(a)所示。拉拔生产主要用来制造 各种细线材、薄壁管和各种特殊几何形状的型材，如图34(b)所示。多数拉拔是在冷态下进行加工的，拉拔的产品 尺寸精度较高，表面粗糙度Ra较小。塑性高的低碳钢和有 色金属及其合金都可拉拔成型。
(3)节约金属材料。一些精密模锻件的尺寸精度和表面 粗糙度能接近成品零件的要求，只需少量甚至不需切削加 工即可得到成品零件，从而减少了金属的损耗。
(4)适用范围广。压力加工件质量小的可不到1千克， 大的可重达数百吨，并可进行单件小批量生产，又可进行 大批量生产。
压力加工可生产出各种不同截面的型材(如板材、线材、 管材等)和各种机器零件的毛坯或成品(如轴、齿轮、汽车 大梁、连杆等)。
第3章 压力加工成型技术
3.1 压力加工成型方法 3.2 金属材料的塑性成型基础 3.3 锻造 3.4 冲压
压力加工是在外力作用下，使金属坯料产生塑性变形， 从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯 或零件的一种加工方法。压力加工主要依靠金属的塑性变 形而成型，要求金属材料必须具有良好的塑性，因此只适 应于加工塑性材料，而不适应于加工脆性材料，如铸铁、 青铜等，也不适应于加工形状太复杂的零件。工业用钢和 大多数有色金属及其合金均具有一定的塑性，能在热态或 冷态下进行压力加工。
将金属坯料放入挤压模内，使其受压被挤出模孔而变 形的加工方法称为挤压。生产中常用的挤压方法主要有两 种，正挤压和反挤压。金属流动方向与凸模运动方向相一 致的称为正挤压，如图3-2(a)所示。金属流动方向与凸模 运动方向相反的称为反挤压，如图3-2(b)所示。
在挤压过程中，坯料的横截面依照模孔的形状缩小， 长度增加，从而获得各种复杂截面的型材或零件，如图3-3 所示。
3.2 金属材料的塑性成型基础
金属在外力作用下产生的变形可分为三个连续的变形 阶段：弹性变形阶段、弹塑性变形阶段、塑性变形阶段和 断裂阶段。弹性变形在外力去除以后可自行恢复，塑性变 形则不可恢复，是金属进行压力加工的必要条件，也是强 化金属的重要手段之一。
3.2.1 金属塑性变形的实质
金属的塑性是当外力增大到使金属内部产生的应力超 过该金属的屈服点时，使其内部原子排列的相对位置发生 变化而相互联系不被破坏的性能。工业上常用的金属材料 都是由很多晶粒组成的多晶体，其塑性变形过程比较复杂。
借助于坯料与轧辊之间的摩擦力，使金属坯料连续地 通过两个旋转方向相反的轧辊的孔隙而受压变形的加工方 法称为轧制，见图3-1(a)。合理设计轧辊上的孔型，通过 轧制可将金属钢锭加工成不同截面形状的原材料，轧制出 的型材如图3-1(b)所示。
图3-1 轧制示意图 (a)轧制示意图；(b)轧制型材
2.挤压生产